Дозовые характеристики ионизирующих излучений

Ионизирующие излучения, воздействуя на облучаемую среду, вызывают определенный радиационный эффект облучения. Исторически первым был обнаружен и измерен ионизационный эффект излучения в воздухе и назван экспозиционной дозой.

Экспозиционная доза (Х) - количественная характеристика поля ионизирующего излучения, характеризующая его ионизирующие возможности. Единицей экспозиционной дозы является рентген (Р), под воздействием которого в 1 см³ сухого воздуха при атмосферном давлении и температуре +18^оС возникают ионы, несущие суммарный заряд в 1 электростатическую единицу каждого знака, что соответствует 2,083×10⁹ пар ионов. Рентген является внесистемной единицей. В системе СИ ему аналогична составная единица 1 кулон/кг = 3876 Р.

В практической дозиметрии применяется удобное правило: доза в 1 Р накапливается за 1 час на расстоянии 1 м от источника радия массой 1 г, т.е. имеющего активность ~ 1 Ки.

Другой характеристикой взаимодействия ионизирующего излучения с облучаемым объектом явилась поглощенная им энергия, названная поглощенной дозой.

Поглощенная доза (D) – количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела. В системе СИ единица поглощенной дозы – грей (Гр). Грей равен дозе излучения, при которой веществу массой 1 кг передается энергия, равная 1 Дж: 1Гр = 1Дж/кг.

Внесистемной единицей поглощенной дозы является рад[1]: 1 рад = 100эрг/г или 1 Гр = 100 рад, т.е. D_(Гр)=0,01D_(рад).

Для биологической ткани в поле рентгеновского или g-излучения поглощенная доза 1 рад примерно соответствует экспозиционной дозе 1 Р: 1Р»1рад (точно: 1Р=0,93 рад), т.е. можно принять, что для g-излучения Х_(Р)=D_(рад)=100 D_(Гр).

Кроме того, следует учитывать, что в поле излучения между источником и облучаемым объектом может находиться экран, ослабляющий энергию, достигающую объект. В таком случае, связь между экспозиционной и поглощенной дозами будет:

Х_(Р)=К_осл D_(рад) = К_осл 100 D_(Гр),

где К_осл – коэффициент ослабления экранирующего тела.

Между поглощенной дозой определенного вида ионизирующего излучения и вызванным ею радиационным эффектом существует прямая зависимость: чем больше поглощенная доза, тем больше радиационный эффект. Примером может служить почернение фотопленки в поле R- или g- излучения: чем больше доза, тем интенсивнее почернение фотослоя.

Однако, на биологические объекты равные поглощенные дозы различных видов ионизирующих излучений могут оказывать разный радиационный эффект. Для учета таких эффектов, производимых одинаковой поглощенной дозой разных видов (r) ионизирующих излучений, медицина ввела понятие эквивалентной дозы (Н) и взвешивающих коэффициентов (Wr), для каждого излучения:

Н=Wr D,

где Wr – взвешивающий коэффициент, равный отношению поглощенной дозы эталонного R-излучения, вызывающей определенный радиобиологический эффект, к дозе данного излучения, вызывающей тот же эффект (см. табл.1.).

В системе СИ единицей эквиваленнтной дозы является зиверт (Зв): 1Зв=1Дж/кг, а внесистемной - бэр (биологический эквивалент рада), 1Зв=100 бэр.

Таблица 1. Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения

Вид излучения	Wr
Рентгеновское и гамма-излучение, фотоны любых энергий Электроны и позитроны, бета-излучение Нейтроны с энергией меньше 10 кэВ Нейтроны с энергией от 10 кэВ до 100 кэВ Нейтроны с энергией от 100 кэВ до 2 МэВ Нейтроны с энергией от 2 МэВ до 20 МэВ Нейтроны с энергией более 20 МэВ Альфа – частицы, осколки деления

Следует также сказать, что медицину часто интересуют более детальные радиобиологические эффекты, проявляющиеся в отдельных частях тела человека, в его органах или тканях.

Известно, что одни из них более радиочувствительны, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение гонад особенно опасно из-за риска генетических повреждений.

Поэтому для учета меры риска от последствий облучения отдельных органов человека медики ввели понятие эффективной дозы (Е_т), которая определяется как произведение эквивалентной дозы в органе (Н_т) на взвешивающий коэффициент данного органа (W_т), см. рис.2.

Е_т=Н_т W_т

Т.к. SW_т = 1, то для внешнего облучения организма в целом H_Ti = H эффективная доза равна эквивалентной:

Е = SН_т W_т = Н SW_т = Н.

Если же учитывается и внутреннее облучение отдельных органов, то Е ¹ Н.

Единица измерения эффективной дозы в СИ – зиверт (Зв):

1Зв = 1 Дж/кг.

Таким образом, можно констатировать, что экспозиционная и поглощенная дозы могут определяться путем измерения определенных параметров среды или облучаемого тела, тогда как эквивалентная и эффективная дозы определяются только путем вычислений.

Взвешивающие коэффициенты W_т

Рис.2. Взвешивающие коэффициенты для органов и тканей организма

Второй группой параметров, характеризующих поле ионизирующих излучений, являются мощности экспозиционной и поглощенной доз (мощности эквивалентной и эффективной доз на практике не используются).

Мощность дозы в момент t это отношение приращения дозы dX, dD за интервал времени dt к этому интервалу:

, D

Размерность мощности экспозиционной дозы Р/час, а поглощенной Гр/с, или внесистемная величина рад/час.

Мощности доз могут быть постоянными или изменяться во времени по определенному закону, поэтому дозы могут вычисляться обычным интегрированием

; ; .

В заключение проиллюстрируем взаимосвязь дозовых характеристик (рис.3.)

ИСТОЧНИК РАДИО-АКТИВНОСТИ	ПОЛЕ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ	ВНЕШНЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ	ВНЕШНЕЕ + ВНУТРЕННЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ
Прогнозируемые радиобиологические эффекты: на тело на орган
АКТИВНОСТЬ – А Кюри [ Ки] Беккерель [Бк]	ЭКСПОЗИЦИОННАЯ ДОЗА – Х Рентген [Р]	ПОГЛОЩЕННАЯ ДОЗА – D Грей [Гр] Рад	ЭКВИВАЛЕНТНАЯ ДОЗА – Н Зиверт [Зв] бэр	ЭФФЕКТИВНАЯ ДОЗА – Е Зиверт [Зв] Бэр

Рис. 3. Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта и

Дата добавления: 2014-01-07